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伤口愈合一直是临床和保健领域非常关注的问题，特别是在受感染的伤口疗养中。最近这一领域的努力主要集中在开发具有有效抗菌、药物传递和传感器特性的功能性伤口贴片。在这里，东南大学赵远锦教授、Yunru Yu和Yu Wang通过封装用于感染伤口管理的氨基苯硼酸修饰的金纳米团簇（A-GNC）来展示具有这些特征的新型透明质酸（HA）微针贴片。负载A-GNCs的微针贴片来源于负模复制，具有的机械强度足以穿透皮肤。A-GNCs的释放通过HA的降解实现，而释放的活性物质的自我监测是基于A-GNCs在紫外线辐射下发出的动态亮橙色荧光。由于A-GNC能破坏细菌细胞膜，因此微针贴片具有良好的体外抗菌能力。基于这些特征，本研究证实了微针贴片在金黄色葡萄球菌感染的伤口管理中的细菌抑制、残余药物自我监测和促进伤口愈合的能力。综上结果表明，这种负载A-GNC的微针贴片具有巨大的临床应用潜力。
相关研究内容以“Gold nanoclusters encapsulated microneedle patches with antibacterial and self-monitoring capacities for wound management”为题于2024年1月25日发表在《Aggregate》。
图1 氨基苯硼酸修饰的金纳米团簇（A-GNCs）封装的荧光微针阵列应用于细菌感染的皮肤伤口示意图
本研究提出了新型金纳米团簇（GNCs）封装的透明质酸（HA）微针贴片，具有经皮抗菌药物传递和残留剂量自我监测用于感染伤口管理的特点（图1）。
图2 氨基苯硼酸修饰的金纳米团簇（A-GNCs）和GNCs的表征
A-GNC和GNC溶液在阳光下呈淡黄色，可被紫外光（365 nm）激发，发出强烈的橙色荧光（图2A）。通过透射电镜（TEM）对A-GNC和GNC进行了清晰的晶格结构表征（图2B、C）；它们的荧光发射峰波长分别为622 nm（A-GNCs）和640 nm（GNCs）（图2D）。动态光散射（DLS）分析显示，大部分GNCs的尺寸在1.12~4.19nm之间（图2E、F）。
图3 氨基苯硼酸修饰的金纳米团簇（A-GNCs）微针阵列的制备和表征
通过两步成型的方法将合成的A-GNCs封装在微针阵列中（图3A）。该微针阵列在一个1.15×1.15 cm2的支撑基座上拥有一个10×10的阵列（图3B）。由于微针中含有大量的A-GNCs，微针阵列在阳光下显示为淡黄色，可被紫外光激发，发出耀眼的橙色荧光，随着A-GNCs含量的降低，FI逐渐减弱（图3C）。微针呈圆锥形，直径和高度分别为430µm和950µm（图3D）。在压缩试验中，力-位移曲线表明，随着力的增加，位移不断增加，直到力达到预设的最大值0.9N/针（图3E）。杨氏模量（YM）的测量表明，微针抵抗变形的能力随着HA含量的增加而增强（图3F）。由于透明质酸酶和模拟皮肤间质液的水解，在初始24 h内A-GNCs大量释放（超过35%）（图3G）。
图4 生物相容性验证
当HA的含量（w/v）在2%~8%之间时，其血液相容性良好（图4A）。当A-GNCs浓度在20~160µg/mL之间时，共培养的大鼠红细胞没有发现明显的溶血作用（图4B）。因此，将这两种药物结合起来开发的微针贴片具有优越的血液相容性（图4C）。与不同浓度的HA、ABA、GNCs、A-GNCs和A-GNCs微针共培养的NIH/3T3细胞的形态与对照组相似，表明这些试验组具有较大的细胞活力（图4D-F）。各实验组样本的细胞活力均在80%以上（图4G-I）。因此，这种负载A-GNCs的微针阵列可以在体内应用，具有较高的生物安全性。
图5 抗菌活性评估
HA处理组与对照组之间的细菌生长状态无明显差异（图5A、B），说明HA在抗生素作用中没有发挥主要作用。细菌活/死染色结果显示，共培养24 h后，随着纳米药物浓度的增加，大肠杆菌和金黄，与对照组相比，A-GNCs处理组和A-GNCs微针处理组的BR在共培养后均显著增加（图5E-G）。这些特征表明A-GNCs微针阵列的强大抗菌作用。
图6 大肠杆菌或金黄色葡萄球菌感染的大鼠皮肤创面模型评价
图7 大肠杆菌或金黄色葡萄球菌感染的大鼠皮肤伤口模型的组织学分析
图8 切除伤口组织的免疫荧光染色评价
在伤口愈合过程中，分别在阳光和紫外线照射下记录伤口部位（图6A、B）。由于荧光A-GNCs和透明HA的封装，微针在紫外光照射下表现出明显的橙色荧光。疗养10天后，A-GNCs微针处理组的创面愈合率分别为84.69%（大肠杆菌感染创面）和87.44%（金黄色葡萄球菌感染创面）（图6C、D）。以上结果表明，封装A-GNCs的微针贴片加速细菌感染伤口的愈合，同时显示出自我监测特性。创面部位可见中性粒细胞或淋巴细胞浸润（黄色箭头所示），提示感染严重（图7A、B）。通过研究感染创面部位的白细胞介素-6和肿瘤坏死因子-α的表达来评估炎症反应（图8）。综上，封装A-GNCs的HA微针贴片具有良好的生物安全性、抗菌活性和促愈合作用，有益于细菌感染的伤口管理。
总之，本研究开发了一种全新的封装纳米药物微针阵列，用于细菌感染伤口的智能护理。该微针阵列通过将一步反应法合成的A-GNCs加载到PDMS负模复制的HA微针底物上制备。HA基质使微针具有高透明度和生物安全性，而微针尖端内的A-GNCs在紫外光下表现出强大的抗菌活性和明亮的橙色荧光。A-GNCs微针贴片穿透伤口组织，同时HA的降解使A-GNCs的释放能够抑制细菌。随着A-GNCs的释放，观察到FI下降，在伤口愈合过程中实现在线残留剂量监测。然后，通过将这些微针贴片应用于金黄色葡萄球菌感染的全层皮肤伤口，探索了这些微针贴片的实际性能。以上结果表明，这种智能微针在细菌感染的伤口管理和相关生物医学领域是有前途的候选者。
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